國產(chǎn)化ARM實驗室建設(shè)背景

實驗室建設(shè)必要性

近年來，我國著力打造世界一流科技期刊、建成一批大國重器，基礎(chǔ)研究支撐平臺建設(shè)取得長足進(jìn)步，但是從根本上破解“兩頭在外”問題還任重道遠(yuǎn)。要協(xié)同構(gòu)建中國特色國家實驗室體系，科學(xué)規(guī)劃布局前瞻引領(lǐng)型、戰(zhàn)略導(dǎo)向型、應(yīng)用支撐型重大科技基礎(chǔ)設(shè)施，打好科技儀器設(shè)備、操作系統(tǒng)和基礎(chǔ)軟件國產(chǎn)化攻堅戰(zhàn)。
根據(jù)教育部發(fā)展規(guī)劃司發(fā)布《關(guān)于教育領(lǐng)域擴(kuò)大投資工作有關(guān)事項的通知》，明確專項貸款重點支持范圍包括：高校教學(xué)科研條件及儀器設(shè)備更新升級、學(xué)校數(shù)字化建設(shè)，包括校園網(wǎng)絡(luò)及信息管理系統(tǒng)提檔升級，高性能計算系統(tǒng)，信息中心建設(shè)，智慧校園，智慧教室，數(shù)據(jù)中心的國產(chǎn)代替、實驗實訓(xùn)等資金的投入建設(shè)。
核心技術(shù)和設(shè)備受制于人是最大的隱患。只有發(fā)展自主可控技術(shù)，推進(jìn)國產(chǎn)化替代進(jìn)程，才能促進(jìn)國家安全問題的解決。國內(nèi)科技企業(yè)經(jīng)過多年的自主研發(fā)、技術(shù)積累，創(chuàng)新能力、產(chǎn)品質(zhì)量大幅提升，整體產(chǎn)業(yè)呈現(xiàn)出由大向強(qiáng)轉(zhuǎn)變的趨勢，實現(xiàn)了從無到有，從可用到好用的發(fā)展，與國際水平差距逐漸縮小，自主自強(qiáng)能力進(jìn)一步提升。近年來在國家大力引領(lǐng)下，國產(chǎn)操作系統(tǒng)得到了蓬勃發(fā)展，桌面服務(wù)器和嵌入式操作系統(tǒng)等為代表的國產(chǎn)軟件推動了我國基礎(chǔ)軟件自主發(fā)展的步伐，實現(xiàn)了補(bǔ)短板、國產(chǎn)化替代的目的。目前國產(chǎn)嵌入式操作系統(tǒng)已快速成長與壯大，在軍事、通信和安全等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了規(guī)模化應(yīng)用。
因此，不論從教學(xué)還是學(xué)生的實際需求等方面來說都很有必要建立國產(chǎn)化嵌入式ARM實驗室。嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)普遍應(yīng)用于國防電子、數(shù)字家庭、工業(yè)自動化、醫(yī)療機(jī)械、無線通訊等行業(yè)。高校建設(shè)滿足國產(chǎn)化要求的嵌入式ARM實驗室，有助于推動當(dāng)今形式下教學(xué)的改革，有助于提高學(xué)生的專業(yè)技能與專業(yè)素養(yǎng)，培養(yǎng)出符合地方經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展的應(yīng)用型和實用型人才；此外，實驗平臺的建設(shè)，也為教師提供了教學(xué)平臺和科研平臺，推動教學(xué)和科研工作的開展。

ARM技術(shù)概述

ARM處理器全稱為Advanced RISC Machine，因小尺寸、低功耗、性能強(qiáng)的特點而聞名。ARM架構(gòu)是小端(little-endian)即低位字節(jié)排在內(nèi)存的低地址端（至少在iOS平臺是這樣），和x86一樣。它和MIPS、PowerPC等一樣用的都是RISC，并且很長時間都是32位，但是后來有了叫做ARM64的64位擴(kuò)展。
ARM7：ARMv4架構(gòu)
ARM9：ARMv5架構(gòu)
ARM11：ARMv6架構(gòu)
ARM-Cortex 系列：ARMv7架構(gòu)
ARM7沒有MMU(內(nèi)存管理單元)，只能叫做MCU（微控制器），不能運行諸如Linux、WinCE等這些現(xiàn)代的多用戶多進(jìn)程操作系統(tǒng)，因為運行這些系統(tǒng)需要MMU，才能給每個用戶進(jìn)程分配進(jìn)程自己獨立的地址空間。ucOS、ucLinux這些精簡實時的RTOS不需要MMU，當(dāng)然可以在ARM7上運行。
ARM9、ARM11，是嵌入式CPU（處理器），帶有MMU，可以運行諸如Linux等多用戶多進(jìn)程的操作系統(tǒng)，應(yīng)用場合也不同于ARM7。
到了ARMv7架構(gòu)的時候開始以Cortex來命名，并分成Cortex-A、Cortex-R、Cortex-M三個系列。三大系列分工明確：
“A”系列面向尖端的基于虛擬內(nèi)存的操作系統(tǒng)和用戶應(yīng)用；
“R”系列針對實時系統(tǒng)；
“M”系列對微控制器。
簡單的說Cortex-A系列是用于移動領(lǐng)域的CPU，Cortex-R和Cortex-M系列是用于實時控制領(lǐng)域的MCU。
瑞芯微電子有限公司是國內(nèi)獨資的專業(yè)集成電路設(shè)計公司和經(jīng)國家認(rèn)定的集成電路設(shè)計企業(yè)，專注于數(shù)字音視頻、移動多媒體芯片級的研究和開發(fā)。瑞芯微以市場為導(dǎo)向，技術(shù)創(chuàng)新為核心，致力于為客戶提供多層次、多平臺、多場景的專業(yè)解決方案，賦能消費電子、智能硬件、機(jī)器視覺、行業(yè)應(yīng)用等多元領(lǐng)域。

ARM教學(xué)需求

嵌入式系統(tǒng)是一門綜合性非常強(qiáng)的課程，對于嵌入式系統(tǒng)的學(xué)習(xí)，不僅僅是對理論知識的掌握，更多的是實際開發(fā)能力提升，這就需要通過學(xué)校建立支撐專業(yè)需要的嵌入式ARM實驗室，可以對學(xué)生基礎(chǔ)知識的掌握、綜合素質(zhì)的提高和應(yīng)用創(chuàng)新能力培養(yǎng)起到較為重要的作用。
目前，許多院校先后建立了不同規(guī)模的實驗室，目前大部分嵌入式ARM實驗室都存在以下問題：
1、學(xué)校實驗室現(xiàn)有的軟硬件環(huán)境無法覆蓋全面，無法實現(xiàn)準(zhǔn)確高效實現(xiàn)項目開發(fā)。
2、目前大部分的指導(dǎo)教學(xué)都缺乏零基礎(chǔ)入門的指導(dǎo)。
3、基礎(chǔ)的教學(xué)案例無法滿足高校科研的需求。
針對以上問題，創(chuàng)龍為高校提供了豐富的教學(xué)實驗和開發(fā)例程，以及相應(yīng)的視頻教程，讓高校能夠輕松教學(xué)和科研。
產(chǎn)品設(shè)計及使用上具有以下特點：
1、創(chuàng)龍的嵌入式實驗箱在硬件上引出 CPU 全部資源信號引腳，二次開發(fā)極其容易，用戶只需要專注上層運用，降低了開發(fā)難度和時間成本。
2、創(chuàng)龍的嵌入式實驗箱配備了開發(fā)過程中所需的所有配件和完整的平臺開發(fā)包，節(jié)省軟件整理時間，同時提供軟件安裝教程，上手容易。
3、提供的入門教程實驗指導(dǎo)手冊包括實驗?zāi)康摹⒃怼⒉襟E及源碼解析等，注重實驗的過程，內(nèi)容詳實且豐富，可以幫助學(xué)生打好專業(yè)基礎(chǔ)，快速入門上手，也有利于教師教學(xué)計劃的開展。

建設(shè)目標(biāo)

適用課程

Cortex-A55 ARM嵌入式實驗箱主要用于《ARM 系統(tǒng)開發(fā)》、《ARM 應(yīng)用開發(fā)》《物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)》、《嵌入式系統(tǒng)設(shè)計》、《移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)》、《無線傳感器網(wǎng)絡(luò)》、《物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計方法與應(yīng)用》、《人工智能》等課程。

適用專業(yè)

Cortex-A55 ARM嵌入式實驗箱主要面向電子信息工程專業(yè)方向，同時也可適用于通信工程、電子科學(xué)與技術(shù)、光電信息工程、計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、自動化、人工智能等相關(guān)專業(yè)教學(xué)。Cortex-A55系列的ARM可以滿足自動化、通信等領(lǐng)域的應(yīng)用需求，可應(yīng)用于工控，電力，通訊，醫(yī)療，媒體，安防，車載，金融，消費電子等領(lǐng)域。

預(yù)期目標(biāo)

ARM嵌入式實驗室建設(shè)擬達(dá)成的預(yù)期教學(xué)培養(yǎng)目標(biāo)如下：
學(xué)生理解嵌入式ARM系統(tǒng)的基本原理；
學(xué)生了解嵌入式ARM微處理器的結(jié)構(gòu)和組成；
學(xué)生掌握嵌入式ARM系統(tǒng)開發(fā)的過程和基本方法；
學(xué)生掌握學(xué)會Linux開發(fā)的基本知識、程序架構(gòu)、開發(fā)流程；
培養(yǎng)學(xué)生嵌入式系統(tǒng)設(shè)計能力、實踐動手能力、嵌入式系統(tǒng)分析與調(diào)試能力。

Cortex-A55 國產(chǎn)化ARM教學(xué)平臺

產(chǎn)品特點

TL3568-PlusTEB是創(chuàng)龍是一款基于瑞芯微 RK3568J處理器設(shè)計的四核 ARM Cortex-A55 全國產(chǎn)嵌入式教學(xué)實驗箱，提供了豐富的教學(xué)實驗，適合高校以及研究所等實驗機(jī)構(gòu)。

其中， SOM-TL3568 是一款基于瑞芯微 RK3568J處理器設(shè)計的四核 ARM Cortex-A55 全國產(chǎn)工業(yè)核心板，主頻高達(dá) 1.8GHz。核心板 CPU、ROM、RAM、電源、晶振、連接器等所有器件均采用國產(chǎn)工業(yè)級方案，國產(chǎn)化率 100%。RK3568J是一款采用ARM架構(gòu)的通用型SoC，主要應(yīng)用于智能硬件和工業(yè)應(yīng)用。CPU采用四核A55架構(gòu)處理器，集成Mali G52圖形處理器和獨立的人工智能NPU處理器。RK3568J支持三屏異顯，支持CAN、UART、SPI、IIC、IIS.SATA等接口，適合工控類應(yīng)用，支持鴻蒙OS、安卓、Linux、Ubuntu、 Debian等操作系統(tǒng)，非常適合二次開發(fā)。

TL3568-PlusTEB的產(chǎn)品特點如下：
基于瑞芯微 RK3568J，四核 ARM Cortex-A55處理器，主頻1.8GHz。
實驗箱含實驗板、7寸觸摸屏、7寸全鍵盤，可選多種拓展模塊。
實驗箱支持：音頻輸入輸出接口、攝像頭接口、4G、NVMe接口、ADC、波形發(fā)生器、Ethernet、RS232、RTC、LCD、HDMI、USB HOST、USB OTG、SPI、IIC、GPIO、PWM、SD等外設(shè)與接口。
實驗箱支持翼輝操作系統(tǒng)顯示界面。
適用于嵌入式系統(tǒng)、物聯(lián)網(wǎng)、無線傳感器、人工智能等教學(xué)領(lǐng)域。

審核編輯 黃宇